laporan mekflu

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN HIDROLIKA H-07 KEHILANGAN TEKANAN (ENERGI) PADA ALIRAN DALAM PIPA MELALUI LENGKUNGAN, PERUBAHAN PENAMPANG DAN KATUP

KELOMPOK: 21 Khristian Anton H. Mikaela Antoinette Nabila Putriyandi A. Nani Dwi Larasati Nurwasistho

1006680846 1006680865 1006680884 1006680890 1006680902

PJ Laporan Asisten Modul Tanggal Praktikum Tanggal Disetujui Nilai Laporan Paraf Asisten

: : : : : :

Nani Dwi Larasati Wisa Sudari 2 Maret 2012 12 Maret 2012

LABORATORIUM HIDROLIKA, HIDROLOGI DAN SUNGAI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2012

7.1

Tujuan Praktikum Menentukan Koefisien Kehilangan Energi dari lengkungan, perubahan penampang dan katup pada pipa.

7.2

Dasar Teori Salah satu faktor yang penting dalam perhitungan hidrolis perpipaan adalah perhitungan kehilangan tekanan. Rumusan yang dapat dipakai untuk menghitung kehilangan tekanan yaitu Hazen Williams dan Darcy Weisbach. Persamaan Hazen Williams adalah yang paling umum dipakai dan lebih cocok untuk menghitung kehilangan tekanan pada pipa dengan diameter besar yaitu diatas 100 mm. Dalam sistem perpipaan pun dikenal dengan kehilangan tekanan akibat aksesoris pipa. Perlengkapan pipa secara umum terdiri dari sambungan (fitting) pipa seperti penyempitan, belokan (elbow), percabangan (T joint; V joint), dan katup (valve). Untuk menyatakan kehilangan tekanan (energi) h, sehubungan dengan head kecepatan yang hilang pada bentuk lengkungan, perubahan penampang dan katup dalam jaringan pipa pada percobaan ini, dinyatakan:

di mana : k = koefisien kehilangan energi v = kecepatan aliran yang tinggi g = percepatan gravitasi

Dalam jaringan perpipaan kehilangan tekanan ini jauh lebih kecil daripada kehilangan akibat gesekkan di dalam pipa. Oleh sebab itu kehilangan tekanan ini lazim disebut sebagai kehilangan minor atau minor loss. Jenis-jenis fitting diantaranya : a. Contraction yaitu pipa yang mengalami pengurangan cross sectional area secara mendadak dari saluran dengan membentuk pinggiran yang

tajam.

Tekanan

yang

melewatinya

akan

bertambah

besar.

b. Enlargement, pipa yang mengalami penambahan cross sectional area secara mendadak dari saluran. Tekanan yang melewatinya akan semakin kecil.

c. Long bend, belokan panjang pada pipa dengan sudut yang melingkar dan cross sectional area yang besar sehingga tekanannya kecil.

d. Short bend, belokan pipa seperti long bend tetapi lebih pendek dan cross sectional area yang lebih kecil sehingga tekanannya lebih besar.

e. Elbow bend, merupakan belokan pada pipa yang membentuk sudut siku-siku (90o) dengan cross sectional area yang sangat kecil sehingga

akan

menimbulkan

tekanan

yang

sangat

besar.

Perencanaan perpipaan misalnya dalam penyediaan air minum harus dilakukan secara detail, baik jenis, jumlah, maupun kualitas perlengkapan haruslah akurat. Desain detail perencanaan ini mencakup perhitungan jumlah sambungan pada pipa dan kehilangan yang dapat terjadi akibat katup dan bend yang otomatis berpengaruh pada biaya dan energi (Fester, 2007). Akan tetapi, sering terdapat kasus kesalahan penentuan kehilangan tekanan minor ini dalam perhitungan debit yang dapat mengakibatkan kesalahan Junction pipa dan perlengkapan sambungan. Oleh sebab itu, koefisien kehilangan energi (Kfaktor) digunakan untuk memperoleh kerugian energi untuk elbows, tees, crossings, katup, pipa, dan perlengkapan lainnya. Bila K-faktor yang digunakan akurat, nilai debit dan energi pada setiap titik di jaringan pipa dapat dihitung (Sharp, 2009).

7.3

Peralatan dan Bahan 1. Meja hidrolika 2. Perangkat peraga kehilangan energi pada aliran melalui pipa yang dilengkapi pipa

Keterangan: Meja hidrolika

Keterangan: Perangkat peraga kehilangan energi

7.4

Prosedur Pelaksanaan Praktikum 1. Meletakkan alat percobaan di atas meja hidrolika. 2. Menghubungkan pipa aliran masuk dengan suplai dari meja hidrolika dan memasukkan pipa aliran keluar ke dalam tangki pengukur volume. 3. Membuka katup pengatur aliran suplai sepenuhnya, demikian juga katup pengatur aliran pada alat percobaan. 4. Membuka katup udara pada manometer, membiarkan manometer terisi penuh, dan menunggu hingga gelembung udara sudah tidak terlihat lagi pada manometer. 5. Mengatur katup suplai aliran pada alat percobaan hingga didapatkan pembacaan manometer yang jelas. Jika diperlukan, menambahkan tekanan pada manometer dengan menggunakan pompa tangan. 6. Mencatat pembacaan pada manometer, pembacaan debit pada alat ukur penampang berubah kemudian menghitung debit aliran dengan menghitung jumlah volume yang keluar dari alat percobaan dalam waktu tertentu, menggunakan gelas ukur dan stopwatch. 7. Sekarang memenuhkan lagi hingga tumpah air tabung manometer, untuk mengatur debit aliran memakai katup penghubung, sementara katup pengatur aliran dibuka penuh. 8. Mengatur katup penyambung, sehingga pembacaan pada dial pengukur debit menunjuk pada angka-angka yang jelas untuk kemudian mencatat pembacaan tersebut.

9. Mengulangi langkah 1 8 untuk setiap variasi debit.

7.5

Pengolahan Data Praktikum Flowrate (LPM) 5 7,5 10 12,5 15 V (m3) 0,00022 0,00033 0,00047 0,000625 0,00081 T (sec) 3 3 3 3 3 Q (m3/s) mitre enlargement contraction

h1(m) 0,000073 0,105 0,00011 0,373 0,00016 0,218 0,00021 0,442 0,00027 0,169

h2(m) h2(m) h3(m) h3(m) h4(m) 0,101 0,101 0,101 0,101 0,097 0,365 0,365 0,367 0,367 0,363 0,202 0,202 0,206 0,206 0,195 0,416 0,416 0,422 0,422 0,404 0,13 0,13 0,14 0,14 0,114

long bend

short bend

45

elbow

h4(m) h5(m) h5(m) h6(m) h6(m) h7(m) h7(m) h8(m) 0,097 0,095 0,095 0,094 0,094 0,091 0,091 0,09 0,363 0,326 0,326 0,32 0,32 0,29 0,29 0,285 0,195 0,164 0,164 0,161 0,161 0,13 0,13 0,12 0,404 0,383 0,383 0,371 0,371 0,348 0,348 0,331 0,114 0,093 0,093 0,075 0,075 0,042 0,042 0,016Tabel 1. Data Hasil Percobaan Pertama

No 1. 2. 3. 4. 5.

Pressure (kg/m2) 100000 120000 140000 160000 180000

Volume (m3) 0,000235 0,00024 0,000265 0,00027 0,000305

T (sec) 3 3 3 3 3

Tabel 2. Data Hasil Percobaan Kedua

1. Hubungan head loss dan kuadratik kecepatan aliran Nilai kehilangan tekanan (energi) h dapat ditentukan melalui persamaan kehilangan tekanan.

Pada persamaan di atas, nilai kehilangan tekanan (h) sebanding dengan y, nilai kecepatan kuadrat (v2) sebanding dengan x, dan sebanding

dengan b. Sehingga nilai koefisien kehilangan energi yang diperoleh dalam percobaan dapat dihitung dengan rumus:

di mana konstanta b didapatkan dengan menggunakan analisis regresi linear berikut ini: Flowrate (LPM) 5 7,5 10 12,5 15 V (m3) 0,00022 0,00033 0,00047 0,000625 0,00081 T (sec) 3 3 3 3 3 Q (m3/s) 0,000073 0,00011 0,00016 0,00021 0,00027 A m2 0,000314 0,000314 0,000314 0,000314 0,000314 v = Q/A (m/s) 0,23248 0,35032 0,50955 0,66879 0,85987 x = v2 (m2/s2) 0,05405 0,12272 0,25965 0,44728 0,73938

Tabel 3. Pengolahan Data Hubungan Head Loss dan Kecepatan Aliran

a) Lengkung berjenjang (mitre) Untuk lengkung berjenjang (mitre), kehilangan tekanan (h) merupakan selisih dari pembacaan manometer satu (h1) dan manometer dua (h2). No. 1. 2. 3. 4. 5. h1 (m) 0,105 0,373 0,218 0,442 0,169 h2 (m) 0,101 0,365 0,202 0,416 0,13 y = h 0,004 0,008 0,016 0,026 0,039 x 0,05405 0,12272 0,25965 0,44728 0,73938 xy 0,00022 0,00098 0,00415 0,01163 0,02884 0,04582 x2 0,00292 0,01506 0,06742 0,20006 0,54668 0,83214

Tabel 4. Pengolahan Data Untuk Mencari Koefisien Kehilangan Energi Pada Lengkung Berjenjang

Sehingga nilai koefisien kehilangan energi yang diperoleh pada percobaan adalah: ( )

Dengan nilai koefisien kehilangan energi untuk lengkung berjenjang berdasarkan literatur adalah 1,27 maka kesalahan relatif yang diperoleh: | | Mencari Nilai Koefisien Korelasi Nilai koefisien korelasi dapat diperoleh melalui perhitungan berikut. No. 1. 2. 3. 4. 5. x = v2 (m2/s2) 0,05405 0,12272 0,25965 0,44728 0,73938 y = h (m) 0,004 0,008 0,016 0,026 0,039 0,0186 F(xi) = bx 0,00298 0,00676 0,01430 0,02463 0,04071 [F(xi)-] 0,0156 0,0118 0,0043 0,00603 0,02211 [F(xi)-]2 0,00024 0,00014 0,000019 0,000036 0,00049 0,00093 [y-] [y-]2 | |

0,0146 0,00021 0,0106 0,00011 0,0026 0,0000068 0,0074 0,0000055 0,0204 0,00042 0,000803

Tabel 5. Pengolahan Data Untuk Mencari Koefisien Korelasi

( ( ) ) ( ) Sehingga nilai koefisien korelasinya:

Kemudian data kehilangan tekanan (h) dan kuadrat kecepatan (v2) diplot ke dalam grafik yang menunjukkan hubungan antara kehilangan tekanan dengan kuadrat kecepatan.

Grafik Hubungan Kecepatan Aliran dengan Kehilangan Tekanan (Energi)0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0.05405 0.12272 0.25965 0.44728 (v2) 0.73938 Kuadrat Kecepatan

b) Pembesaran penampang (enlargement) Untuk pembesaran penampang (enlargement), kehilangan tekanan (h) merupakan selisih dari pembacaan manometer dua (h2) dan manometer tiga (h3). No. h2 (m) 1. 2. 3. 4. 5. 0,101 0,365 0,202 0,416 0,13 h3 (m) 0,101 0,367 0,206 0,422 0,14 y = h 0 0,002 0,004 0,006 0,01 x 0,05405 0,12272 0,25965 0,44728 0,73938 xy 0 0,00025 0,00104 0,00268 0,00739 0,01136 x2 0,00292 0,01506 0,06742 0,20006 0,54668 0,83214

Tabel 6. Pengolahan Data Untuk Mencari Koefisien Kehilangan Energi Pada Pembesaran Penampang

Kehilangan Tekanan (h)

Sehingga nilai koefisien kehilangan energi yang diperoleh pada percobaan adalah: ( )

Dengan nilai koefisien kehilangan energi untuk pembesaran penampang berdasarkan literatur adalah 0,27 maka kesalahan relatif yang diperoleh: | |

| Mencari Nilai Koefisien Korelasi

|

Nilai koefisien korelasi dapat diperoleh melalui perhitungan berikut. No. 1. 2. 3. 4. 5. x = v2 (m2/s2) 0,